淺析建筑設(shè)計(jì)對(duì)抗震設(shè)計(jì)的重要性

潘新，李智平

淺析建筑設(shè)計(jì)對(duì)抗震設(shè)計(jì)的重要性

潘新，李智平

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

基于建筑設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)問題，闡述了建筑設(shè)計(jì)中抗震與隔震的基本設(shè)計(jì)概念，探討了建筑方案設(shè)計(jì)階段及建筑施工圖設(shè)計(jì)階段的抗震與消能減震設(shè)計(jì)的重要性及直接的控制作用。關(guān)鍵詞:建筑抗震設(shè)計(jì);隔震設(shè)計(jì);消能抗震

0 引言

地震是人類社會(huì)面臨的最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。全世界平均每年都有數(shù)以萬計(jì)的人在地震中喪生，大量災(zāi)民無家可歸?！皽p輕地震災(zāi)害”已經(jīng)成為一項(xiàng)世界關(guān)注的問題。

1 抗震與隔震設(shè)計(jì)概念

建筑抗震是指建筑物上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)牢牢地連接在一起，地震時(shí)，地面運(yùn)動(dòng)能量經(jīng)過基礎(chǔ)到房屋結(jié)構(gòu)，由房屋的剛度來抵御地震作用，但對(duì)于高烈度地區(qū)，強(qiáng)大的地震力將會(huì)造成房屋結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)、變形，甚至倒塌。

2001年7月20日國家頒布《GB 50011－2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，首次提出了房屋隔震、消能減震設(shè)計(jì)規(guī)定。

房屋隔震、消能減震設(shè)計(jì)方法是在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置由隔震器、阻尼器等組成的隔震層，隔離地震能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞，減少輸入到上部結(jié)構(gòu)的地震能量，降低地震對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，達(dá)到預(yù)期的抗震要求。

隔震器的類型很多，目前在我國比較成熟的是“橡膠隔震支座”。地震時(shí)，橡膠隔震墊產(chǎn)生變形，建筑物上部保持相對(duì)靜止，達(dá)到消除或有效地減輕地震對(duì)結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)的損壞，提高建筑物及其內(nèi)部設(shè)施、人員在地震時(shí)的安全性，從而使建筑物與人的安全得到更可靠的保證。

2 建筑方案設(shè)計(jì)階段中抗震、消能減震設(shè)計(jì)的重要性

2010年5月31日國家頒布《GB 50011－2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》定義了“建筑抗震設(shè)計(jì)概念:根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程”(2.1.9條)及“抗震措施:除地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施”(2.1.10條)，建筑設(shè)計(jì)必須根據(jù)建筑抗震設(shè)防烈度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

建筑設(shè)計(jì)方案從項(xiàng)目選址開始就應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動(dòng)情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，盡量避開山體滑坡、懸崖、陡坎、地震斷裂帶等不利地段的場地，為抗震設(shè)計(jì)提供較好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

(1)建筑平面布置。在建筑設(shè)計(jì)中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱距的合理性、內(nèi)墻的布置、空間活動(dòng)面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置等。由于建筑使用功能不同，每個(gè)樓層的布置有可能差異很大，建筑平面上的墻體，包括外圍填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強(qiáng)度和剛度的非承重內(nèi)隔墻等等布置不對(duì)稱，墻體與柱子分布的不對(duì)稱、不協(xié)調(diào)，使建筑物在地震時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用，對(duì)抗震很不利;另外，電梯井筒的布置如果在建筑平面的角部或是平面的一側(cè)，其較大的剛度在地震中會(huì)造成靠電梯一側(cè)建筑物的嚴(yán)重破壞。

(2)建筑豎向布置。在建筑使用功能不同的情況下，要盡可能讓不同樓層柱子上下連續(xù)、上下貫通墻體均勻布置、層與層之間剛度變化不大，發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震中作用，為結(jié)構(gòu)布置創(chuàng)造條件。

(3)建筑裝飾構(gòu)件。建筑立面上構(gòu)件、屋頂屋檐、構(gòu)架等裝飾構(gòu)件，常常能豐富建筑立面，創(chuàng)造不同的建筑風(fēng)格，達(dá)到建筑設(shè)計(jì)效果。但往往會(huì)使屋頂?shù)闹亓吭黾?，加大了地震的扭轉(zhuǎn)作用，對(duì)建筑抗震更為不利。為此，在建筑設(shè)計(jì)中，盡量減少各種裝飾構(gòu)件尺度，采用輕質(zhì)高強(qiáng)的建筑材料，盡量讓建筑構(gòu)件均勻布置或與結(jié)構(gòu)剛度中心一致，減小地震作用對(duì)建筑的影響。

因此建筑平面布置要盡可能做到結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布均勻、對(duì)稱;盡可能為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置創(chuàng)造條件，使建筑使用功能要求與建筑結(jié)構(gòu)抗震要求融合成一體，充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震中的作用。

3 建筑施工圖設(shè)計(jì)階段中隔震、消能減震設(shè)計(jì)的重要性

按《GB 50011－2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，抗震設(shè)防烈度為6～9度，地震活動(dòng)頻繁，所有建筑都需做抗震設(shè)防處理，特別對(duì)于高烈度地區(qū)的建筑，有必要進(jìn)行隔震處理，隔震處理后，隔震層以上抗震設(shè)防烈度可降低1～2度，它不僅可以使隔震層以上結(jié)構(gòu)梁柱界面及配筋減少，提高建筑利用率，還提高抗震效果，減少地震帶來的損失。

建筑物基礎(chǔ)與大地緊密結(jié)合為一個(gè)整體，在隔震設(shè)計(jì)中，為了真正實(shí)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)與地面的“隔離”，隔震支座以上建筑物周邊與地面相交處的建(構(gòu))筑物關(guān)鍵部位的構(gòu)造處理也不容忽視，如主體結(jié)構(gòu)與建筑物室外臺(tái)階、花池、散水、散水溝、地下室出入口坡道、電梯基坑連接處的隔離處理以及上下水、煤氣、供暖及配電管道穿越隔震層時(shí)的柔性連接問題等，稍有疏忽就可能在地震中對(duì)建筑物產(chǎn)生干擾和約束，造成建筑物不同程度破壞。

地震力是一種破壞性極大的水平力，根據(jù)對(duì)地震力及建筑層高的分析、計(jì)算，通過隔震層合理釋放罕遇地震作用力，減少建筑物上部結(jié)構(gòu)水平位移，其最大位移一般為300～400 mm，這就要求建筑物必須與周邊構(gòu)筑物留出一定距離，形成一條溝——隔震溝，才能保證建筑物不受周邊物體約束而變形。

當(dāng)建筑物周邊設(shè)置隔震溝后，根據(jù)隔震墊設(shè)置位置與室外標(biāo)高的關(guān)系，便出現(xiàn)了一系列特殊建筑構(gòu)造節(jié)點(diǎn)，2003年2月15日實(shí)施的《03SG 601－1建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》，近1/2的內(nèi)容是建筑構(gòu)造，其中對(duì)給排水管、電纜、電線等連接均有處理。在《建筑結(jié)構(gòu)隔震構(gòu)造詳圖》中對(duì)地下架空層、隔震層散水、入口踏步、室外踏步、花壇和地下室出入口等不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊構(gòu)造做了通用詳圖，但對(duì)無障礙坡道、坡地建筑等的隔震構(gòu)造設(shè)計(jì)有所欠缺，在實(shí)際工程中，為確保地震時(shí)建筑物的上部位移無阻擋，有效地提高隔震效果，同時(shí)能方便對(duì)隔震支座進(jìn)行檢查、維修和更換，還需配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做出詳細(xì)施工大樣圖。

4 建筑設(shè)計(jì)在隔震、消能減震設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

按地震動(dòng)區(qū)劃圖設(shè)置隔震:雖然隔震體系要增加一層隔震層，似乎造價(jià)有所提高，但隨上部結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度的降低，結(jié)構(gòu)構(gòu)建截面、配筋減少，使得建筑空間加大，利用率提高而節(jié)約的造價(jià)，可用于建造隔震層。因此，對(duì)整個(gè)隔震建筑的工程造價(jià)來說，和同類非隔震建筑相比，基本持平或略有降低。如果把地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的破壞、內(nèi)部財(cái)產(chǎn)的損失、人員傷亡以及建筑物損壞造成的停工停產(chǎn)所帶來的損失加起來，該基礎(chǔ)隔震體系的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，是一種極具推廣和應(yīng)用的新技術(shù)。

5 結(jié)語

從項(xiàng)目選址到可行性研究、建筑設(shè)計(jì)方案、初步設(shè)計(jì)都必須考慮到抗震的要求，建筑設(shè)計(jì)方案確定后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則上只能在已確定建筑方案的基礎(chǔ)上合理布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而很難對(duì)項(xiàng)目選址、建筑平、剖面做大的調(diào)整。一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的基礎(chǔ)上完成，建筑設(shè)計(jì)從總體上起著直接的控制作用。為此，要充分重視建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性，在建筑抗震設(shè)計(jì)中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)應(yīng)有的作用。

［1］張海建.對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(20):183.

［2］蔡振勇.淺談建筑抗震設(shè)計(jì)［J］.商情，2011(16):147.

［3］李瑩，王云峰.淺談建筑抗震概念設(shè)計(jì)的重要性［J］.中國外資，2009(14):264.

Analysis on Importance of Architectural Design for Aseismic Design

PAN Xin，LIZhi－ping
(Kunming Engineering and Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd，Kunming 650051，China)

Based on some aseismic design problems in the architectural design，the basic design concepts on earthquake resistant and aseismic isolation in the building design were set forth.Moreover，the importance of anti－seismic design and energy dissipation design for the design phases of architecture scheme and building construction drawing，and their direct control action were discussed.

aseismic design for buildings;aseismic isolation design;energy dissipation

TU2

A

1004－2660(2012)03－0047－03

2012－04－19.

潘新(1967－)，女，云南人，工程師.主要研究方向:建筑設(shè)計(jì).